题目内容

胆矾是一种常见的化合物,工业上它也是一种制取其它含铜化合物的原料,现有废铜(主要杂质为Fe)来制备胆矾。有人设计了如下流程:

pH值控制可参考下列数据

物质
开始沉淀时的pH值
完全沉淀时的pH值
氢氧化铁
2.7
3.7
氢氧化亚铁
7.6
9.6
氢氧化铜
5.2
6.4
 
请根据上述流程回答下列问题:
(1)A可选用________(填字母)
a.稀H2SO4    b.浓H2SO4、加热    c.浓FeCl3溶液    d.浓HNO3
(2)Ⅰ中加H2O2的目的___________________________________________________。
(3)Ⅱ中加Cu2(OH)2CO3的目的是___________________________________,
其优点是_____________________________________________________________。
(4)Ⅲ加热煮沸时发生的化学反应的离子方程式为___________________________。
(5)V中加H2SO4调节pH=1是为了_________________________________________,
某工程师认为上述流程中所加的A物质并不理想,需作改进,其理由是______________,
若你是工程师,将对所加的A物质作何改进?请提出建议______________________。


(1)b;(2分)    (2)将亚铁离子氧化为铁离子;(2分)  (3)除去过量的硫酸;不引入新的杂质;(2分)
(4)Fe3++3H2OFe(OH)3↓+3H+;(2分)(5)抑制Cu2+的水解;(2分 )产生污染环境的二氧化硫,硫酸利用率低;(2分)  加热,并在稀硫酸中通入氧气。(注:本题为发散性试题,如有其它合理答案,酌情给分)(2分)

解析试题分析:本道题是一道工艺流程题。将理论与实际结合的一种转化。往往这类题起点高,但是落点低。工艺流程看似复杂,但考查的只是主要是化学反应原理。一旦与流程结合,题目要求就比较高了。
在这题中是用废铜(主要是Cu,但含有少量Fe)来制取胆矾。通常除杂的方法:转化成易分离的物质。通常是气体或者是沉淀。在这里是Fe、Cu两种固体。根据题目所给信息,Fe是转化成沉淀(氢氧化物的形式)而Fe存在两种价态,+2、+3。根据题目中所给信息的话,通过比较Fe(OH)3和Fe(OH)2这两种物质:一个是开始沉淀时的pH值和完全沉淀时的pH值。可以判断出Fe(OH)3更容易沉淀,再结合Cu2+开始沉淀时的pH值,也可以得出使Fe转化为Fe(OH)3更容易除去。因此判断出将Fe转化为三家铁后,Cu最终要转化为胆矾(CuSO4·5H2O)。显然要将Cu溶解后到CuSO4中去。要将Cu完全溶解,所以使用的是浓H2SO4加热。在这个过程中不仅溶解Cu,还溶解Fe。Fe到FeSO4或Fe2(SO4)3或两者都有。所以为了确保Fe全转化为三价铁,再加入H2O2,目的是将二价铁转化为三价铁,在III中调节溶液pH值,在这个过程中加了Cu2(OH)2CO3,目的应是调节溶液的酸碱性,原溶液中为了确保Cu、Fe全部溶解,可能硫酸过量。所以这里加Cu2(OH)2CO3中和过量的硫酸,控制好溶液的pH值为3.7。刚好此时溶液中三价铁正全转化为Fe(OH)3。接下来加热煮沸的目的,使没沉淀下来的三价铁沉淀完全。当三价铁沉淀完全后,再进行过滤,滤液中剩余的阳离子主要有Cu2+,阴离子有SO42-。再加硫酸,调节溶液pH值=1,目的是抑制Cu2+的水解,再分别进行蒸发、冷却、结晶后,最终得到产品胆矾。
(1)A可选用浓H2SO4、加热,稀硫酸不能溶解Cu,而浓FeCl3溶液、浓HNO3会引入杂质。
(2)Ⅰ中加H2O2的目的将亚铁离子氧化为铁离子;H2O2与Fe2+发生氧化还原反应,Fe2+被氧化为Fe3+易除去。
(3)Ⅱ中加Cu2(OH)2CO3的目的是除去过量的硫酸;不引入新的杂质;
(4)Ⅲ加热煮沸时发生的化学反应的离子方程式为Fe3++3H2OFe(OH)3↓+3H+
(5)V中加H2SO4调节pH=1是为了抑制Cu2+的水解;不调成强酸性溶液,在加热蒸发过程中,Cu2+水解加重。Cu与浓硫酸反应过程中会产生SO2,会对污染环境。所以可以向稀硫酸中不断通氧气(或者加H2O2)并加热。
考点:化学反应原理与实验,工业流程相结合在一起综合考查

练习册系列答案
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硫及其化合物有广泛的应用,对SO2性质的研究是高中化学教学的一项重要内容。
I.对比研究是一种重要的研究方法。若将硫的单质及部分化合物按如下表所示分成3 组,则第2组中物质M的化学式是        。

第1组
第2组
第3组
S (单质)
SO2、H2SO3、M、NaHSO3
SO3、H2SO4、Na2SO4、NaHSO4
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n(SO32—):n(HSO3)
91:9
1:1
9:91
pH
8.2
7.2
6.2
 
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A.c(Na+)+ c(H+)= 2c(SO32—)+ c(HSO3)+ c(OH)
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序号
实验方案
实验现象
结论
方案①
往第一份试液中加入KMnO4溶液溶液
紫红色褪去
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方案②
往第二份试液中加入
 
SO2与Fe3+反应生成了Fe2+
方案③
往第二份试液中加入
 
SO2与Fe3+反应生成了SO42—
 
上述方案①得出的结论是否合理                    ,原因                                。
如果他们设计的方案②与方案③均合理并且得到相应结论,请你将上面表格补充完整。
(4)装置B中能表明Br的还原性弱于SO2的现象是                           。

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